表面処理とは、プラスチック・ゴム・金属などの素材表面にプラズマやフレーム処理を施し、接着性・親水性・濡れ性を化学的に向上させる技術です。薬品を使わないドライプロセスのため、脱プライマー・脱溶剤が可能で、製造現場のSDGs対応にも貢献します。
| ポイント | 内容 |
|---|---|
| 目的 | 接着性・親水性・濡れ性の向上、有機物の除去 |
| 主な処理方式 | プラズマ処理・フレーム処理・コロナ処理・UV処理 |
| 対応素材 | プラスチック（PP・PE等）・ゴム・金属・ガラス |
| 最大の特徴 | 薬品不使用のドライプロセス。脱プライマー・脱溶剤が可能 |
| 主な導入業種 | 自動車・電子部品・半導体・医療機器・印刷・包装 |
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目次
表面処理装置の種類
表面処理を大きな範囲で見てみるとメッキやDLCなどの加工技術も含まれますが、ケー・ブラッシュが扱う表面処理は、プラスチックやゴム、金属表面の有機物クリーニングや接着性などの親水性を向上させることを目的としたプラズマ処理などを指しています。
この親水性を目的とした処理をさらに細分化すると、2種類の方法に分類できます。
①薬品やブラストなどを用いて物理的に表面状態を変化させ、表面積を増やす事で物理的な接着効果（アンカー効果）を狙った処理方法。（※一部の表面処理でも同じような効果を狙った処理があります）
②大気圧や真空などのプラズマ処理やUV処理、フレーム処理など官能基によって科学的結合を変化させて接着効果、密着効果を狙った処理方法。
ケー・ブラッシュでは②番の設備をメインに扱っております。
コロナ・フレーム・プラズマ処理の違いは何か？
ケー・ブラッシュ商会が扱っているコロナ処理、プラズマ処理、フレーム処理などの全ての処理装置は、基材表面を化学的に改質することを目的としています。
呼び名は違いますが、実は全てプラズマに関係しています！
そもそもプラズマとは？
この世にある全てのものは、原子と呼ばれる、非常に小さな粒の集まりによってできています。
この原子は、原子核とその周りを回っている電子から成っていて、さらに原子核は、プラスの電荷を持つ陽子と、
電荷を持たない中性子から成り立っています。
物質にエネルギーを与えつづけると、温度が上昇し、固体から液体、液体から気体になりますが、さらにエネルギーを供給し続けると、気体の分子が離脱して原子になり、原子核の周りを回っていた電子が離れ、プラスの電荷を持つイオンとマイナスの電荷を持つ電子に分かれます。
このように、分子がイオンと電子に分かれている状態をプラズマといい、物質の第４の状態とも呼ばれています。
自然界ではオーロラ・稲妻・太陽などがプラズマです。
宇宙を構成する物質の99%以上がプラズマであると言われています。
人工のプラズマは、放電現象として、蛍光灯などの照明器具やプラズマ処理機などの加工技術として利用されています。
太陽
稲妻
オーロラ
プラズマはどうやって発生するのか？
物質を電離させる、つまりイオンと電子に分離させることによってプラズマを得ることができます。電離させるために必要なエネルギーの供給方式により３つに分けられます。
１：放電 （コロナ処理やプラズマ処理）
２：熱電離（フレーム処理）
３：光電離（UV処理)
空気中で放電することにより、空気中の酸素分子が解離し、酸素原子が励起して 酸素イオンや自由電子を含むプラズマが発生します。 発生したプラズマの電子・イオン・ラジカルが基材表面に接触します。 基材表面の分子とプラズマ中のイオン・電子が反応、親水性官能基がプラスチックやゴム表面に生成されます。 表面活性化が行われ、接着性やぬれ性が向上します。 （＝分子間力、ファンデルワース力の働き）
なぜプラズマ処理で親水性が向上するのか？
官能基の付与
ポリプロピレン・ポリエチレンなど特にオレフィン系の合成樹脂は表面に極性基が無く、接着剤やインクなどに対して 親和性がありません。
放電により放出されたイオンや電子が樹脂表面の分子の化学結合を切断し、樹脂の種類に応じて親水性の官能基 OH(水酸基）・CO（カルボニル基）・COOH（カルボキシル基）等が生成されます。
主な官能基の種類
| 名称 | 構造 | 一般式 | 化合物の名称 | 例 | 性質 |
|---|---|---|---|---|---|
| 水酸基 （ヒドロキシ基） |
R―O―H | R-OH | アルコール フェノール |
エタノール （C₂H₅OH） |
中性〜弱酸性。水素結合により水に溶けやすい。親水性・接着性を付与。 |
| カルボニル基 | O ‖ R―C―R' |
R-CO-R' | アルデヒド ケトン |
アセトン （CH₃COCH₃） |
中性。極性が高く濡れ性を改善。溶剤として広く使用される。 |
| カルボキシル基 | O ‖ R―C―O―H |
R-COOH | カルボン酸 | 酢酸 （CH₃COOH） |
酸性。水に溶けやすく、接着剤・塗料との化学結合を促進。強い密着性を付与。 |
| アミノ基 | H ｜ R―N ｜ H |
R-NH₂ | アミン | アニリン （C₆H₅NH₂） |
塩基性。窒素プラズマ処理で生成。化学結合による密着性を向上させる。 |
| エポキシ基 | O ╱ ╲ R―C―C―R' |
R-C₂H₂O-R' | エポキシ化合物 | エポキシ樹脂 （ビスフェノールA型） |
中性〜弱反応性。開環反応により接着剤・コーティング材との反応性が高い。 |
| エーテル結合 | R―O―R' | R-O-R' | エーテル | ジエチルエーテル （C₂H₅OC₂H₅） |
中性。化学的に安定で反応性が低い。溶剤・抽出剤として使用。水にやや溶けにくい。 |
| エステル結合 | O ‖ R―C―O―R' |
R-COO-R' | エステル | 酢酸エチル （CH₃COOC₂H₅） |
中性。加水分解でカルボン酸とアルコールに分解。塗料・接着剤・香料の原料。 |
| ニトロ基 | O⁻ ｜ R―N⁺ ｜ O |
R-NO₂ | ニトロ化合物 | ニトロベンゼン （C₆H₅NO₂） |
中性〜弱酸性。強い電子求引性を持ち、反応性が高い。還元によりアミノ基に変換可能。染料・火薬・医薬品の原料として使用。 |
※生成される官能基の種類は、使用するガス・処理方式・素材の組み合わせによって異なります。R・R'は炭化水素基を示します。
表面処理で接着性が向上する仕組みとは？
表面洗浄、有機物除去によるクリーニング効果
プラズマ中で物質は非常に活発でエネルギーが高く、他の分子と容易に反応する性質になっています。この性質を利用し、金属やプラスチック、ゴム表面上の有機汚染物質の洗浄を行います。
金属の親水性向上においては表面洗浄によって金属が元々持っている濡れ性を引き出すことをによって達成されます。
表面粗面化
プラスチックやゴム表面を適度に荒らし、十分な表面積を確保することで接着性や密着を高めます。
表面活性化
放電のエネルギーや放出された電子により、基材表面分子間の化学結合が切断され、フリーの親水性官能基が生成されます。
活性化された表面に生成した官能基と反応する官能基を有する接着剤やプライマー、コーティング材で新たな化学結合を起こし、接着性や密着力を高めます。
表面処理による変化
表面処理前 |
表面処理後 |
官能基量の変化（出典：http://www.pink.de）
よくある質問（FAQ）
表面処理の導入を検討されているお客様からよくいただく質問をまとめました。
まずはサンプルテストからはじめませんか
実際のワークでプラズマ処理やフレーム処理の効果を確認できます
貴社のワークをお持ち込みいただき、専門エンジニアが処理条件を診断。
導入前に効果を数値で実証。確信を持って次のステップへ進めます。
※ 押上分室にてデモ対応しております。お気軽にご相談ください。
まとめ
処理基材の表面エネルギー値や濡れ性を向上させることが、接着性や密着性、印刷性を良くするための重要な条件です。
相手の基材の表面張力や表面エネルギー値などを考慮し、適切なインキ・プライマー・接着剤等の選択を
する必要があります。
これら設備を用いたデモテストやサンプル作成も承っております。お気軽にお声がけください。
